A palavra nebulosa vem do latim para "nuvem" ou "névoa", e pode ser pluralizada como nebulosas ou nebulae. Essa vaguidade se adequa ao objeto: uma nebulosa é simplesmente uma grande mancha luminosa ou obscura do meio interestelar, e pode significar coisas muito diferentes dependendo do tipo que você está observando.
Algumas nebulosas são regiões de formação de estrelas onde gás e poeira se agrupam até desabarem em novas estrelas. Outras são os destroços deixados quando uma estrela morre - às vezes suavemente, às vezes em uma explosão catastrófica. Uma categoria inteira é nomeada após planetas, embora não tenha nada a ver com planetas. A física por trás de cada tipo é tão diferente que os astrônomos tiveram que inventar nomes separados, explicações separadas e, em alguns casos, esperar séculos para descobrir que tipo de nebulosa estavam realmente observando.
Uma nuvem sem forma fixa
As nebulosas geralmente são regiões de formação de estrelas: gás, poeira e outro material dentro delas se agrupam em regiões mais densas que continuam atraindo mais matéria até ficarem densas o suficiente para formar estrelas. Esse é o mecanismo por trás da maioria das novas estrelas que aparecem em uma galáxia - elas são literalmente condensadas do próprio material de uma nebulosa.
A maioria das nebulosas é enorme, com algumas se estendendo por centenas de anos-luz. E ao contrário de um planeta ou uma estrela, uma nebulosa raramente tem uma borda nítida: a maioria das nebulosas é classificada como nebulosas difusas, significando que são nuvens estendidas sem limites bem definidos. Essa combinação de escala gigantesca e bordas borradas é por que a astrofotografia de longa exposição, em vez de um rápido vislumbre através de um pequeno telescópio, é o que geralmente revela a verdadeira estrutura de uma nebulosa.
Astrônomos as têm registrado por quase 2.000 anos
As nebulosas não são uma descoberta moderna. Por volta de 150 d.C., o astrônomo Ptolomeu registrou cinco estrelas que pareciam nebulosas nos livros VII–VIII de seu Almagesto - sem forma de saber que parte do que ele descrevia não era uma estrela, apenas uma mancha de luz desfocada no lugar errado.
Levou séculos antes que alguém descrevesse algo mais claramente identificável como uma nebulosa do que um aglomerado de estrelas. O que mudou o quadro não foi apenas vaguidade difusa, mas a capacidade de registrar e fazer referência cruzada a posições detalhadas e descrições do céu - o tipo de observação sistemática que depois permitiu aos astrônomos distinguir verdadeiras nuvens de gás da simples luz estelar não resolvida.
Nebulosas que brilham por conta própria
As nebulosas de emissão brilham porque seu gás é ionizado por estrelas próximas, em vez de refletir a luz de outro. Estrelas mais quentes que 25.000 K geralmente emitem radiação ultravioleta ionizante suficiente em comprimentos de onda mais curtos que 91,2 nm para fazer as nebulosas de emissão ao seu redor mais brilhantes que as nebulosas de reflexão. Em outras palavras, a temperatura de uma única estrela incorporada decide se a nebulosa ao seu redor brilhará por conta própria ou simplesmente espalhará luz emprestada.
O próprio gás não é exótico. A maioria das nebulosas de emissão é aproximadamente 90% hidrogênio, o resto sendo composto de hélio, oxigênio, nitrogênio e outros elementos. Diferentes elementos ionizados brilham em comprimentos de onda diferentes, e é por isso que imagens de longa exposição de nebulosas de emissão geralmente saem em vermelho e verde vívido em vez de uma única cor uniforme.
Nebulosas que apenas emprestam luz
As nebulosas de reflexão funcionam no princípio oposto: sua poeira não é quente o suficiente para ser ionizada, então ela apenas espalha a luz estelar, da forma como a névoa espalha os faróis de um carro. Em 1912, o astrônomo Vesto Slipher analisou o espectro da nebulosa ao redor da estrela Merope nas Plêiades e concluiu que a nebulosa estava simplesmente refletindo a luz de Merope e da estrela Alcione em vez de brilhar por conta própria. Essa foi uma descoberta genuína na época - ninguém havia provado que a luz de uma nebulosa poderia ser inteiramente emprestada em vez de auto-gerada.
Distinguir nebulosas de reflexão de nebulosas de emissão, como fenômenos físicos separados com causas separadas, tornou-se uma das classificações fundamentais na astronomia nebular - e dependeu inteiramente da espectroscopia, já que os dois tipos podem parecer enganosamente semelhantes ao olho nu.
As nebulosas que você não pode ver diretamente
Nem todas as nebulosas brilham. Nas nebulosas escuras, a extinção de luz é causada por grãos de poeira interestelar nas partes mais frias e densas das nuvens moleculares. Em vez de emitir ou refletir luz, uma nebulosa escura a bloqueia, aparecendo como uma silhueta preta contra um fundo mais brilhante de estrelas ou gás brilhante.
Como as nebulosas escuras são definidas pelo que bloqueiam em vez do que emitem, telescópios de luz visível são a ferramenta errada para estudar o que está realmente dentro deles - os astrônomos confiam em comprimentos de onda que a poeira não absorve tão efetivamente.
A morte bela de uma estrela semelhante ao Sol
As nebulosas planetárias se formam no final da vida de estrelas de massa intermediária, aproximadamente 1 a 8 massas solares - que, notavelmente, inclui o Sol. Quando uma estrela como essa fica sem combustível, ela ejeta suas camadas externas no espaço, deixando uma casca em expansão de gás brilhante.
O nome é um acidente histórico. "Nebulosa planetária" é um termo impróprio: esses objetos não têm nada a ver com planetas. O nome vem de sua forma arredondada e similar a um planeta vista através de telescópios iniciais. Astrônomos séculos atrás simplesmente não conseguiam resolver os detalhes finos que teriam dito a eles que não estavam olhando para outro mundo.
Também são muito menos substanciais do que parecem. Uma nebulosa planetária típica tem aproximadamente um ano-luz de largura e é feita de gás extremamente rarefeito, com uma densidade geralmente entre 100 e 10.000 partículas por centímetro cúbico - um quase-vácuo por qualquer padrão cotidiano, mantido junto apenas pela escala colossal. Aproximadamente 3.000 nebulosas planetárias são atualmente conhecidas na Via Láctea, de aproximadamente 200 bilhões de estrelas na galáxia, um lembrete de como esta fase da vida estelar é realmente breve em comparação com os bilhões de anos que uma estrela passa na sequência principal.
Eles também não são as esferas arrumadas que seu nome pode sugerir. Apenas cerca de 20% das nebulosas planetárias são simétrica esfericamente; o resto tem formas mais complexas e assimétricas, moldadas por fatores nos quais os astrônomos ainda estão trabalhando. E esse destino não é exótico ou raro - é o futuro do Sol. Espera-se que o próprio Sol produza uma nebulosa planetária cerca de 12 bilhões de anos após sua formação, o mesmo final tranquilo que já aconteceu com milhares de estrelas semelhantes em toda a galáxia.
A morte violenta de uma estrela gigante
Estrelas muito mais massivas que o Sol não desaparecem suavemente - elas explodem, e o destroço se torna um remanescente de supernova. Uma explosão de supernova pode ejetar material estelar em velocidades de até 10% da velocidade da luz, ou aproximadamente 30.000 km/s, e a onda de choque resultante aquece o plasma circundante para temperaturas bem acima de milhões de kelvin. Essa é uma escala completamente diferente de violência da lenta dissipação que produz uma nebulosa planetária.
Remanescentes de supernova conhecidos incluem a Nebulosa do Caranguejo, Tycho (o remanescente de SN 1572, nomeado após Tycho Brahe) e Kepler (o remanescente de SN 1604, nomeado após Johannes Kepler). Cada uma é um registro permanente de uma explosão específica, em alguns casos uma que era brilhante o suficiente para ser notada e registrada por observadores que não sabiam o que estavam realmente vendo.
Fotografando os Pilares da Criação
As imagens modernas de nebulosas devem muito aos telescópios espaciais que podem ver comprimentos de onda que nenhum observatório terrestre consegue atingir. A famosa foto "Pilares da Criação" de estruturas de gás e poeira na Nebulosa da Águia, tirada pelo Telescópio Espacial Hubble em 1º de abril de 1995, mostra uma região aproximadamente 6.500-7.000 anos-luz da Terra, e permanece uma das imagens astronômicas mais reconhecíveis já tiradas.
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Instrumentos mais novos voltaram ao mesmo alvo com olhos diferentes. A imagem infravermelha penetra a poeira que a luz visível não consegue penetrar, revelando estrutura dentro dos pilares que a fotografia original apenas poderia sugerir - uma boa ilustração de como uma imagem icônica "final" de uma nebulosa raramente permanece final por muito tempo enquanto a tecnologia de telescópio melhora.